咬合密排樁圍堰沖擊成孔施工技術

石小林 付玉國

南充市都京港嘉陵江大橋采用咬合密排樁圍堰，現場采用沖擊鉆成孔替代傳統全套管成孔施工咬合樁。文章結合該工程實例，介紹了咬合密排樁圍堰結構方案，分析了沖擊成孔咬合樁施工技術及成樁效果。

咬合樁;圍堰;沖擊成孔

文獻標識碼：U445.55+6-A-35-117-3

0 引言

在深水大跨徑橋梁結構施工過程中，圍堰是橋梁基礎及下部結構施工必不可少的工程輔助結構。目前國內主要采用的圍堰型式有雙壁（單壁）鋼圍堰、鋼板樁圍堰、鋼套箱圍堰、混凝土圍堰等[1]。

密排樁圍堰多用于房建及地鐵工程施工，將其用于深水橋梁工程施工尚不多見。密排樁圍堰的咬合樁（基樁）成孔以全套管施工為主[2]。本文以都京港嘉陵江大橋工程實踐為背景，介紹密排樁圍堰咬合樁沖擊成孔施工工藝及主要監測指標，該施工方式在項目施工過程中順利實施并取得了良好的經濟效益。

1 工程概況

南充市都京港嘉陵江大橋主橋為雙塔單索面預應力矮塔斜拉結構，墩塔梁固結體系。主橋全長464 m，橋跨布置為（122+220+122）m，20#、21#墩為橋梁主墩。主墩樁基采用12根直徑為2.8 m的群樁基礎，承臺順橋向長16.6 m，橫橋向長22.6 m，厚度為5.0 m。該橋為矮塔斜拉結構，橋梁總體布置如圖1所示。

橋區范圍內覆蓋層較薄，多為沖洪積及坡殘積黏性土、砂土、礫卵石土等，下伏基巖主要為泥巖。大橋主墩基坑為嘉陵江水中深基坑，最深處水深為15.91 m，基坑嵌入巖層最深處為5.85 m。

2 咬合密排樁圍堰結構

本項目采用咬合密排樁圍堰[3-5]作為該橋主墩基坑支護方式。根據都京港嘉陵江大橋施工水位及基礎結構特點，兩個主墩圍堰筑島平臺頂面高程控制為264.5 m，咬合樁外側四周填筑≥8 m寬的施工作業通道。咬合樁冠梁頂標高控制為265.0 m，咬合樁頂標高控制為264.0 m，咬合樁長根據基坑的不同深度設計。咬合排樁內尺寸（基坑平面布置）為26.6 m×20.6 m，20#墩基坑設計深度為16.6 m，21#墩基坑設計深度為19.5 m。單個圍堰咬合樁共計90根，其中A、B類樁各45根，單側橫橋向26根，單側縱橋向19根。20#墩基坑設計2道圍檁支撐體系，21#墩基坑設計3道內支撐體系。縱向受力鋼筋選用HRB400，型鋼均采用Q235鋼材。灌注樁、圍檁及內支撐材料參數見表1。

因20#、21#墩圍堰結構類似，本文主要以21#墩圍堰為闡述對象。21#墩圍堰平面及立面見圖2、圖3。

3 沖擊成孔咬合樁施工

咬合樁最常見的施工方式為全套管鉆孔施工。全套管鉆孔施工工藝成熟，但施工工期長，造價也較高。同時，全套管施工對地質資料準確度要求高，施工前需布置較多地質勘探孔，查明地質情況。本項目圍堰施工需在一個枯水季節完成，施工工期十分短，沒有足夠的時間進行圍堰的地質勘探及全套管樁基施工。因此，須突破常規尋求一種更加快捷的施工工藝方可完成。根據施工圖地質詳勘資料及項目實際工期要求，本項目咬合樁最終決定采用沖擊成孔施工工藝。沖擊鉆施工具有成孔速度快、費用低等優點，常用于各類結構樁基施工，但用于咬合樁施工是不多見的。因此，在缺乏先例可循的情況下，如何確保密排樁的成樁質量（垂直度、止水性、樁身質量等）成為本項目的一大施工難點。為此，本項目編制了詳細的密排咬合樁施工方案并通過專家會評審。

沖孔咬合樁共由兩個部分組成，即鋼筋混凝土B類樁和鋼筋混凝土A類樁相互咬合而成。按照跳打的方式分別成樁，即先施工B類樁，在兩根B類樁施工完成后再在其間施工A類樁，依次進行，如圖4所示。全套管施工方法是在施工A類樁時采用套管切割B類樁，而沖擊鉆施工則是直接采用沖錘對混凝土進行切割。

圖4 沖孔咬合樁施工順序示意圖

一般房建工程及地鐵基坑工程對密排樁的止水性要求較低，對于輕微滲水可采用常規封堵劑即可止水。而橋梁基礎圍堰位于深水中，外側承受較大水壓力，對滲水封堵困難，因此橋梁的深水圍堰對咬合樁的止水性要求更高。咬合樁的施工質量對圍堰的止水效果影響至關重要，其關鍵控制指標主要有：樁身垂直度、樁身混凝土強度、相鄰樁咬合長度、樁身平整度等。

咬合緊密并形成封閉連續的防水帷幕是咬合樁發揮止水效果的前提，樁身垂直度是控制咬合樁咬合緊密的關鍵。在方案研究設計時就要考慮充分以確保樁基有效咬合。鉆進速度、咬合樁垂直度、定位偏差均對有效咬合度有直接影響。因此，本項目在鉆孔前反復測量以確保樁位放樣準確并保證鉆機鉆桿垂直度;沖擊鉆施工過程中采用水平尺或經緯儀等專門設備對鉆桿垂直度進行高頻率監測;鉆孔完成后采用全自動樁孔測斜儀等設備對成孔后的垂直度進行檢測。此外，沖錘的選擇也對咬合樁的成樁效果有較重要的影響，在施工B類樁時應選擇輕型錘頭，并以緩慢進尺的方式切割B類樁，以避免損傷A類樁并確保咬合面整齊。

根據實測數據分析，20#基坑密排樁樁身垂直度偏差絕對值平均為0.48%，21#基坑密排樁樁身垂直度偏差絕對值平均為0.46%，均<0.5%的允許值，符合規范要求，說明本工程密排樁成樁垂直度控制良好。

樁身混凝土強度過低不能滿足圍堰承載力要求，強度過高則容易在沖擊過程中開裂破壞，造成圍堰滲水甚至樁基失效等后果。因此合理確定咬合樁混凝土設計強度及施工強度是十分重要的。一般來說，咬合樁施工強度為樁身設計強度的50%～70%[6]。經計算分析并參考相關工程經驗，本項目確定咬合樁混凝土設計強度為C30。

由于施工過程中各種復雜的設備操作、材料、機械、地質條件等因素影響，樁身難免出現不平整現象，其中樁身的局部凸起最為常見。在基坑開挖結束后，對局部密排樁樁身凸起明顯的位置（最大凸起高度≥10 cm）進行了測量和統計。發現共有15根樁出現了明顯的局部凸起，最大凸起高度平均值為18.42 cm，凸起位置長度平均值為62.33 cm。相較于密排樁180根的總量和15～19 m的基坑樁長，從數量和體積上都認為樁身不平整度處于正常范圍。

在所有咬合樁施工完成后可進行基坑開挖、冠梁、圍檁支撐等構件的施工。

4 成樁效果評價

本項目主要對冠梁水平（豎向）位移、水平（豎向）位移變化速率、鋼支撐及冠梁應力等指標進行了監測，并將監測數據與設計預估值進行對比分析，以評價成樁效果。

21#圍堰監測結果如表2所示，從監測結果可以看出，該圍堰各項監測指標均在容許值以內，結構內力及變形均處于正常范圍。

5 結語

南充市都京港嘉陵江大橋項目采用沖擊鉆替代常規全套管鉆機施工咬合樁，該方案工期短、造價低，圍堰在應用過程中止水性良好，結構變形未超出允許值，取得了良好的工程效果和經濟效益，為解決類似工程問題拓展了思路。

參考文獻

[1]湯勁松，熊保林.鋼板樁圍堰設計的土壓力計算方法探討[J].巖土工程學報，2014，36（z2）：38-41.

[2]朱芝同，宋志彬，馮起贈，等.全套管鉆孔咬合樁在臨近地鐵基坑工程中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，41（7）：65-69.

[3]雷 揚，鄭 剛，陳紅慶.鉆孔咬合樁在天津地鐵基坑圍護結構施工中的應用[J].建筑科學，2006，22（3）：102-105.

[4]高新南，王占生，童立元，等.咬合樁在蘇州地鐵南施街站中的應用[J].巖土工程學報，2010，32（2）：463-466.

[5]羅曉聲，趙 斌.復雜環境下咬合樁成孔技術研究[J].施工技術，2017（12）：210-212.

[6]于 磊.武漢楊泗港長江大橋旋挖鉆孔咬合樁施工技術應用[J].建筑技術開發，2016，43（1）：96-97.

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：

石小林（1987—），碩士，工程師，研究方向：橋梁結構抗風。